自然界中的大规模神奇现象与微观尺度的量子效应密切相关。然而，由于缺乏直截了当的方法来观察综合生物系统中的量子相干动力学，限制了对基本生物机制的研究。尽管超高分辨率荧光成像技术已经日趋成熟，但把光学显微镜分辨率进一步提高到分子水平，以观察纳米尺度的亚细胞结构乃至单个生物大分子内的结构仍是巨大的挑战。

近日，山西大学量子光学与量子光学器件国家重点实验室，连同山西医科大学附属第一医院核医学科的合作团队，共同发现了一种单分子相干显微成像技术。

结合单分子显微镜与超快光谱的优越性能，研究团队发展了一种单分子相干调制(single-molecule coherent modulation, SMCM)显微镜。通过引入调制技术和定义相干可见性，研究团队首次实现了单分子受微环境影响的解相干过程的可视化和实时观察。

(图片摘自论文摘要)

研究团队进一步应用该技术来观察了整个小球藻细胞的量子相干特性，发现了相干可见性与代谢活动之间的相关性，这可能在分子诊断和精准医学方面有潜在的应用。

该研究成果以论文形式发表在Nano Letters期刊上，题为“Visualizing Quantum Coherence Based on Single-Molecule Coherent Modulation Microscopy”(基于单分子相干调制显微镜的量子相干可视化)。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04626